JP2006351590A - Substrate with built-in microdevice, and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、マイクロデバイス内蔵基板およびその製造方法に関し、特に、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)、SAW(Surface Acoustic Wave)素子、あるいはF−BAR(Thin Film Bulk Acoustic Wave Resonators)などの機能面に可動部または振動子を持つ機能素子を有するマイクロデバイスを内蔵するマイクロデバイス内蔵基板およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a microdevice-embedded substrate and a method for manufacturing the same, and in particular, is movable on a functional surface such as a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems), a SAW (Surface Acoustic Wave) element, or an F-BAR (Thin Film Bulk Acoustic Wave Resonators). The present invention relates to a microdevice-embedded substrate that incorporates a microdevice having a functional element having a section or a vibrator, and a manufacturing method thereof.
近年、携帯電話やパーソナルコンピュータに代表されるモバイル機器においては、小型軽量化や多機能および高機能化が進んでおり、これらの機器を構成する部品や基板も同様に小型、薄型、軽量化や高密度実装化が進んでいる。また、半導体等のデバイスの実装に関しても、実装面積の小型化や伝達信号の高速化に伴い、モールドやセラミックパッケージによる実装から、いわゆるフリップチップ実装技術によりデバイスのベアチップを直接基板に実装し、封止する試みがとられている。 In recent years, mobile devices typified by mobile phones and personal computers have been reduced in size and weight, and have increased functionality and functionality, and the components and substrates that make up these devices have been similarly reduced in size, thickness, and weight. High-density mounting is progressing. As for the mounting of devices such as semiconductors, as the mounting area is reduced and the transmission signal speed is increased, the bare chip of the device is directly mounted on the substrate by the so-called flip chip mounting technology from the mounting by the mold or the ceramic package, and sealed. Attempts have been made to stop.
ところが、このフリップチップによるデバイスのダイレクト実装方法は、たとえば、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)、SAW(Surface Acoustic Wave)素子あるいはF−BAR(Thin Film Bulk Acoustic Wave Resonators)などの機能面に可動部または振動子を持つマイクロデバイスの場合、機能面を封止材等で覆うことができないため、セラミックや金属、あるいはガラスなどの基板を用いて気密封止するパッケージ構造がとられている。 However, this flip chip direct mounting method uses, for example, a movable part or a functional part such as a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems), a SAW (Surface Acoustic Wave) element, or an F-BAR (Thin Film Bulk Acoustic Wave Resonators). In the case of a microdevice having a vibrator, since the functional surface cannot be covered with a sealing material or the like, a package structure is adopted that is hermetically sealed using a substrate such as ceramic, metal, or glass.
MEMSなどのパッケージ構造として、特許文献1には、絶縁層と配線層とが積層された配線基板内のキャビティに、機能面に振動子または可動部を持つマイクロデバイスが設けられた半導体チップが実装されており、キャビティに露出する絶縁層の表面、及び中空部内面における絶縁層と配線層との境界を覆うようにしてキャビティ内面に疎水性材料の膜が形成され、キャビティの上面が金属膜で覆われて構成されている素子内蔵基板が開示されている。 As a package structure such as MEMS, Patent Document 1 discloses a semiconductor chip in which a microdevice having a vibrator or a movable part on a functional surface is provided in a cavity in a wiring board in which an insulating layer and a wiring layer are stacked. A hydrophobic material film is formed on the inner surface of the cavity so as to cover the surface of the insulating layer exposed to the cavity and the boundary between the insulating layer and the wiring layer on the inner surface of the hollow portion, and the upper surface of the cavity is a metal film. An element-embedded substrate configured to be covered is disclosed.
また、特許文献2には、配線基板中に形成されたキャビティに素子が複数の導電性バンプを介して実装されて、素子の機能面と、キャビティの内面との間に間隙が形成されており、その間隙と、間隙以外のキャビティ内の空間とを気密に隔てる封止材が導電性バンプの周囲に形成されている素子実装基板が開示されている。 In Patent Document 2, an element is mounted in a cavity formed in a wiring board via a plurality of conductive bumps, and a gap is formed between the functional surface of the element and the inner surface of the cavity. An element mounting substrate is disclosed in which a sealing material that hermetically separates the gap and the space in the cavity other than the gap is formed around the conductive bump.
また、特許文献3には、接着シートにのみ厚さ方向を貫通するくり抜き部を形成して、接着シートを挟むようにコア基板を重ねて加熱加圧し、接着シートの一方の面に接着された一方のコア基板の、くり抜き部に重なる部分を厚さ方向にくり抜いて接着シートのくり抜き部とつなげて素子内臓基板のキャビティを形成する、素子内臓用のキャビティの形成方法と、そのようにして形成されたキャビティを有する素子内臓基板が開示されている。 Further, in Patent Document 3, a cutout portion that penetrates in the thickness direction is formed only in the adhesive sheet, and the core substrate is stacked and heated and pressed so as to sandwich the adhesive sheet, and bonded to one surface of the adhesive sheet. A method for forming a cavity for a device built-in, in which a portion of the core substrate that overlaps the cut-out portion is cut in the thickness direction and connected to the cut-out portion of the adhesive sheet to form a device built-in substrate cavity, and thus formed An element-embedded substrate having a structured cavity is disclosed.
しかしながら、特許文献1〜3に示された構造や形成方法では、半導体チップを内蔵するキャビティを半導体チップの大きさよりも相当大きくする必要があることから、マイクロデバイスを組み込んだモジュールまたは半導体装置のサイズや厚みが大きくなってしまうという不利益があった。
本発明の目的は、MEMS、SAW素子あるいはF−BARなどの機能面に振動子または可動部を持つ機能素子を有するマイクロデバイスが組み込まれてなり、小型化や薄型化が可能であるマイクロデバイス内蔵基板とその製造方法を提供することである。 An object of the present invention is to incorporate a microdevice having a functional element having a vibrator or a movable part on a functional surface such as a MEMS, SAW element, or F-BAR, and can be reduced in size and thickness. It is to provide a substrate and a manufacturing method thereof.
上記の課題を解決するため、本発明のマイクロデバイス内蔵基板は、第1配線を有する第1基板と、機能面に可動部または振動子が形成された機能素子を有するデバイス基板と、前記機能面に設けられて前記機能面を保護するキャビティを構成する保護部材と、前記機能面側に形成された突起電極とを有し、前記突起電極が前記第1配線に接続し、かつ前記保護部材が前記第1基板に接しないように前記第1基板上にマウントされたマイクロデバイスと、前記マイクロデバイスの外周面を覆い、前記第1基板と前記マイクロデバイスの間隙を埋め込み、表面が前記マイクロデバイスの前記デバイス基板の上面と同じ高さとなるように前記第1基板上に形成された樹脂層と、第2配線を有し、前記樹脂層及び前記マイクロデバイス上に積層された第2基板とを有する。 In order to solve the above problems, a substrate with a built-in microdevice according to the present invention includes a first substrate having a first wiring, a device substrate having a functional element in which a movable part or a vibrator is formed on a functional surface, and the functional surface. A protective member that forms a cavity that protects the functional surface and a protruding electrode formed on the functional surface side, the protruding electrode is connected to the first wiring, and the protective member is A microdevice mounted on the first substrate so as not to contact the first substrate; an outer peripheral surface of the microdevice; a gap between the first substrate and the microdevice; A resin layer formed on the first substrate so as to be the same height as the upper surface of the device substrate, and a second wiring, and is laminated on the resin layer and the microdevice. And a second substrate.
上記の本発明のマイクロデバイス内蔵基板は、第1配線を有する第1基板にマイクロデバイスがマウントされている。ここでマイクロデバイスは、機能面に可動部または振動子が形成された機能素子を有するデバイス基板と、機能面に設けられて機能面を保護するキャビティを構成する保護部材と、機能面側に形成された突起電極とを有し、突起電極が第1配線に接続し、かつ保護部材が第1基板に接しないようにマウントされている。また、マイクロデバイスの外周面を覆い、第1基板と前記マイクロデバイスの間隙を埋め込み、表面がマイクロデバイスのデバイス基板の上面と同じ高さとなるように第1基板上に樹脂層が形成されており、第2配線を有する第2基板が樹脂層及びマイクロデバイス上に積層されている。 In the microdevice-embedded substrate of the present invention, the microdevice is mounted on the first substrate having the first wiring. Here, the micro device is formed on the functional surface side, a device substrate having a functional element in which a movable part or a vibrator is formed on the functional surface, a protective member that is provided on the functional surface and forms a cavity that protects the functional surface. The protruding electrode is mounted so that the protruding electrode is connected to the first wiring and the protective member is not in contact with the first substrate. In addition, a resin layer is formed on the first substrate so as to cover the outer peripheral surface of the micro device, to fill the gap between the first substrate and the micro device, and to have the surface flush with the upper surface of the device substrate of the micro device. The second substrate having the second wiring is laminated on the resin layer and the micro device.
また、上記の課題を解決するため、本発明のマイクロデバイス内蔵基板の製造方法は、第1配線を有する第1基板上に、機能面に可動部または振動子が形成された機能素子を有するデバイス基板と、前記機能面に設けられて前記機能面を保護するキャビティを構成する保護部材と、前記機能面側に形成された突起電極とを有するマイクロデバイスを、前記突起電極が前記第1配線に接続し、かつ前記保護部材が前記第1基板に接しないように、マウントする工程と、前記マイクロデバイスの外周面を覆い、前記第1基板と前記マイクロデバイスの間隙を埋め込んで、前記第1基板上に樹脂層を形成する工程と、前記樹脂層と前記マイクロデバイスの前記デバイス基板を上面から研磨して前記樹脂層と前記デバイス基板を薄膜化する工程と、第2配線を有する第2基板を前記樹脂層及び前記マイクロデバイス上に積層する工程とを有する。 In addition, in order to solve the above-described problem, a method for manufacturing a microdevice-embedded substrate according to the present invention includes a device having a functional element in which a movable portion or a vibrator is formed on a functional surface on a first substrate having a first wiring. A microdevice having a substrate, a protective member provided on the functional surface and forming a cavity for protecting the functional surface, and a protruding electrode formed on the functional surface side, the protruding electrode serving as the first wiring Mounting so that the protective member does not contact the first substrate, covering the outer peripheral surface of the microdevice, and filling the gap between the first substrate and the microdevice, Forming a resin layer thereon, polishing the resin layer and the device substrate of the microdevice from above, and thinning the resin layer and the device substrate; A second substrate having a wiring and a step of laminating on the resin layer and the micro device.
上記の本発明のマイクロデバイス内蔵基板の製造方法は、第1配線を有する第1基板上に、機能面に可動部または振動子が形成された機能素子を有するデバイス基板と、機能面に設けられて機能面を保護するキャビティを構成する保護部材と、機能面側に形成された突起電極とを有するマイクロデバイスを、突起電極が第1配線に接続し、かつ保護部材が第1基板に接しないように、マウントする。
次に、マイクロデバイスの外周面を覆い、第1基板とマイクロデバイスの間隙を埋め込んで、第1基板上に樹脂層を形成する。
次に、樹脂層とマイクロデバイスのデバイス基板を上面から研磨して樹脂層とデバイス基板を薄膜化する。
次に、第2配線を有する第2基板を樹脂層及びマイクロデバイス上に積層する。
The method for manufacturing a substrate with a built-in microdevice according to the present invention includes a device substrate having a functional element in which a movable portion or a vibrator is formed on a functional surface on a first substrate having a first wiring, and a functional surface. A micro device having a protective member constituting a cavity for protecting the functional surface and a protruding electrode formed on the functional surface side, the protruding electrode is connected to the first wiring, and the protective member is not in contact with the first substrate So that it mounts.
Next, a resin layer is formed on the first substrate by covering the outer peripheral surface of the microdevice and filling the gap between the first substrate and the microdevice.
Next, the resin layer and the device substrate of the micro device are polished from the upper surface to reduce the thickness of the resin layer and the device substrate.
Next, a second substrate having a second wiring is stacked on the resin layer and the microdevice.
本発明のマイクロデバイス内蔵基板は、MEMS、SAW素子あるいはF−BARなどの機能面に振動子または可動部を持つ機能素子を有するマイクロデバイスが、機能面を保護するキャビティ側から第1基板上にマウントされた構成であって、マイクロデバイスの外周の樹脂層とマイクロデバイスのデバイス基板の研磨による薄膜化などが可能であり、小型化や薄型化が可能である。 The microdevice-embedded substrate of the present invention has a microdevice having a functional element having a vibrator or a movable part on a functional surface such as a MEMS, SAW element, or F-BAR on the first substrate from the cavity side protecting the functional surface. In the mounted configuration, the resin layer on the outer periphery of the micro device and the device substrate of the micro device can be thinned by polishing, and the size and thickness can be reduced.
また、本発明のマイクロデバイス内蔵基板の製造方法は、樹脂層とマイクロデバイスのデバイス基板を上面から研磨して樹脂層とデバイス基板を薄膜化することにより、MEMS、SAW素子あるいはF−BARなどの機能面に振動子または可動部を持つ機能素子を有するマイクロデバイスが組み込まれてなるマイクロデバイス内蔵基板を、小型化や薄型化して製造することができる。 In addition, the method for manufacturing a microdevice-embedded substrate according to the present invention includes polishing the resin layer and the device substrate of the microdevice from the upper surface to reduce the thickness of the resin layer and the device substrate. A microdevice-embedded substrate in which a microdevice having a functional element having a vibrator or a movable portion on the functional surface is incorporated can be manufactured in a reduced size or thickness.
以下、本発明の実施形態に係るマイクロデバイス内蔵基板およびその製造方法について図面を参照して説明する。 Hereinafter, a microdevice-embedded substrate and a manufacturing method thereof according to embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
第1実施形態
図1は本実施形態に係るマイクロデバイス内蔵基板の断面図である。
MEMS、SAW素子あるいはF−BARなどの可動部または振動子を持つ機能素子を備えたマイクロデバイスを内蔵した基板である。
First Embodiment FIG. 1 is a cross-sectional view of a microdevice-embedded substrate according to the present embodiment.
It is a substrate incorporating a micro device including a functional element having a movable part or a vibrator such as a MEMS, SAW element or F-BAR.
例えば、樹脂などからなる3層の絶縁層(11〜13)と銅などからなる4層の配線層(14〜17)が交互に積層され、さらに配線層間を接続する垂直配線(18〜20)が形成されており、4層の配線層(14〜17)及び垂直配線(18〜20)などからなる第1配線が形成された第1基板10が構成されている。
ここで、第1基板の一方の表面において、絶縁層13と配線層17の一部が除去されて凹部Rが形成されている。
For example, three insulating layers (11-13) made of resin or the like and four wiring layers (14-17) made of copper or the like are alternately stacked, and further, vertical wiring (18-20) connecting the wiring layers. The
Here, on one surface of the first substrate, the
上記の構成の第1基板10上に、マイクロデバイス21がマウントされている。
ここで、マイクロデバイス21は、半導体からなるデバイス基板22の機能面23にMEMS、SAW素子あるいはF−BARなどの可動部または振動子を持つ機能素子が形成されており、さらにこの機能面23に機能面23を保護するキャビティCを構成するようにガラスなどからなるキャップ24が樹脂などの接着層25で接着されて保護部材が設けられ、機能面23側には機能素子などに接続する金スタッドバンプやハンダボールバンプなどのバンプ(突起電極)26が形成されている構成であって、バンプ26が第1基板10の第1配線に接続し、かつキャップ24と接着層25からなる保護部材が第1基板10に接しないように、マウントされている。
マイクロデバイス21の機能面23と保護部材の内面から構成されるキャビティCは、例えば、真空、減圧、還元雰囲気、あるいは不活性ガス雰囲気に保持されている。
The
Here, in the
The cavity C constituted by the
ここで、デバイス基板22上でキャップ24と接着層25からなる保護部材はバンプ26より突出して設けられているが、保護部材が第1基板10の凹部Rに挿入するようにマイクロデバイス21が第1基板10上にマウントされていればよく、キャップ24と接着層25からなる保護部材が第1基板10に接しないように構成されていればよい。
Here, the protective member made up of the
上記のマイクロデバイス21の外周面を覆い、第1基板10とマイクロデバイス21の間隙を埋め込んで、第1基板10上に樹脂層27が形成されている。
ここで、上記のように第1基板10に凹部Rが設けられ、マイクロデバイス21の保護部材が第1基板10の凹部Rに嵌入するようにマイクロデバイス21がマウントされている構成では、樹脂層27は凹部R内において第1基板10とマイクロデバイス21の間隙を埋め込んで形成されている。
A
Here, in the configuration in which the concave portion R is provided in the
上記のマイクロデバイス21と樹脂層27の表面は研磨されていることなどで、樹脂層27の表面がマイクロデバイス21のデバイス基板22の上面と同じ高さとなっている。例えば、研磨によってデバイス基板22の板厚とバンプ26の高さの和が200μm以下、より好ましくは100μm以下にまで薄膜化されていることが好ましい。
The surfaces of the
さらに、樹脂層27及びマイクロデバイス21上に第2基板28が積層されている。
第2基板28は、例えば、樹脂などからなる絶縁層29の両面に銅などからなる配線層(30,31)が形成されており、さらに配線層間を接続する垂直配線32が形成されており、配線層(30,31)及び垂直配線32などからなる第2配線が形成された構成である。
上記の第2配線の一部として、配線層30上に銅などからなるポスト(突起配線)33が突出して形成されていて、ポスト33が樹脂層27を貫通して第1基板10の第1配線に接続されている。
Further, the
In the
As a part of the second wiring, a post (projection wiring) 33 made of copper or the like is formed on the
上記の本実施形態のマイクロデバイス内蔵基板は、MEMS、SAW素子あるいはF−BARなどの機能面に振動子または可動部を持つ機能素子を有するマイクロデバイスが、機能面を保護するキャビティ側から第1基板上にマウントされた構成(フリップチップ実装)となっており、マイクロデバイスの外周の樹脂層とマイクロデバイスのデバイス基板の研磨による薄膜化などが可能であり、小型化や薄型化が可能である。 In the microdevice-embedded substrate of the present embodiment, the microdevice having a functional element having a vibrator or a movable portion on the functional surface such as MEMS, SAW element, or F-BAR is first from the cavity side protecting the functional surface. Mounted on the substrate (flip chip mounting), it is possible to reduce the thickness by thinning the resin layer on the outer periphery of the microdevice and the device substrate of the microdevice, which can be reduced in size and thickness .
次に、本実施形態に係るマイクロデバイス内蔵基板の製造方法について説明する。
図2(a)〜図4(b)は本実施形態に係るマイクロデバイス内蔵基板の製造方法を説明する断面図である。
Next, a method for manufacturing a microdevice-embedded substrate according to the present embodiment will be described.
2A to 4B are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a microdevice-embedded substrate according to this embodiment.
まず、最初に、図2(b)に示す、半導体からなるデバイス基板22の機能面23にMEMS、SAW素子あるいはF−BARなどの可動部または振動子を持つ機能素子が形成されており、さらにこの機能面23に機能面23を保護するキャビティCを構成するようにガラスなどからなるキャップ24が樹脂などの接着層25で接着されて保護部材が設けられ、機能面23側には機能素子などに接続する金スタッドバンプやハンダボールバンプなどのバンプ(突起電極)26が形成された構成のマイクロデバイス21を別途形成しておく。
これは、0レベルパッケージと称されるもので、例えば、デバイス基板22の機能面23に機能素子を形成し、機能面を保護するキャビティCを構成するように、所定のサイズに個片化したガラスなどのキャップ24を樹脂などの接着層25により接着して、機能面23を気密封止する。
上記の封止の工程を、真空、減圧、還元雰囲気、あるいは不活性ガス雰囲気で行うことにより、キャビティC内を、真空、減圧、還元雰囲気、あるいは不活性ガス雰囲気にそれぞれ保持することができる。
上記のようにマイクロデバイスをパッケージ化することで、マイクロデバイスのハンドリングが容易になる。
ここで、例えば、マイクロデバイス21において、デバイス基板22上でキャップ24と接着層25からなる保護部材がバンプ26より突出して設けられた構成とする。
First, a functional element having a movable portion or a vibrator such as a MEMS, SAW element, or F-BAR is formed on the
This is called a zero level package. For example, functional elements are formed on the
By performing the above-described sealing step in a vacuum, reduced pressure, reducing atmosphere, or inert gas atmosphere, the inside of the cavity C can be maintained in a vacuum, reduced pressure, reducing atmosphere, or inert gas atmosphere.
By packaging the microdevice as described above, handling of the microdevice becomes easy.
Here, for example, in the
次に、図2(a)に示すように、樹脂などからなる3層の絶縁層(11〜13)と銅などからなる4層の配線層(14〜17)を交互に積層し、さらに配線層間を接続する垂直配線(18〜20)を形成して第1基板10を形成する。4層の配線層(14〜17)及び垂直配線(18〜20)などから第1基板10の第1配線が構成されている。
また、第1基板10の一方の表面において、絶縁層13と配線層17の一部を除去して凹部Rを形成する。
Next, as shown in FIG. 2 (a), three insulating layers (11 to 13) made of resin and four wiring layers (14 to 17) made of copper and the like are alternately laminated, and wiring is further performed. The
In addition, on one surface of the
次に、図2(b)に示すように、第1配線を有する第1基板10上に、上記のマイクロデバイス21を、バンプ26が第1基板10の第1配線に接続し、かつキャップ24と接着層25からなる保護部材が第1基板10に接しないように、フリップチップでマウントする。
本実施形態では、上記のようにデバイス基板22上でキャップ24と接着層25からなる保護部材がバンプ26より突出して設けられた構成に対応するように、第1基板10の一方の表面に凹部Rが設けられており、保護部材が凹部Rに挿入するようにマウントする。
Next, as shown in FIG. 2B, the
In the present embodiment, a concave portion is formed on one surface of the
次に、図3(a)に示すように、マイクロデバイス21の外周面を覆い、第1基板10とマイクロデバイス21の間隙を埋め込んで、第1基板10上に未硬化の樹脂層27bを形成する。本実施形態においては、凹部R内の第1基板10とマイクロデバイス21の間隙を埋め込むようにして樹脂層27bを形成する。
上記の未硬化の樹脂層としては、プリプレグと呼ばれる、炭素繊維やガラス繊維などの織物もしくは一方向に引き揃えた繊維にエポキシ樹脂などの各種樹脂を含浸させ、自身の形状を保つ程度に完全硬化させないでシート状に成形した樹脂含浸シートを使用する。
例えば、予めマイクロデバイスに相当する部分をくり抜いたプリプレグを張り合わせて、成形し、第1基板とマイクロデバイス及びキャップなどの保護部材との隙間にプリプレグが入り込み、より気密な構造とする。ここで、プリプレグの厚みは、マイクロデバイスの厚みより少し厚い、例えば300〜400μm程度が望ましい。
上記のようにマイクロデバイスの機能面を保護するキャビティが保護部材と樹脂層で2重に保護する構成とするので、機能面の気密封止能力を高めることができる。
Next, as shown in FIG. 3A, an
As the above-mentioned uncured resin layer, it is completely cured to the extent that it maintains its own shape by impregnating various kinds of resin such as epoxy resin into woven fabric such as carbon fiber or glass fiber or unidirectionally aligned fiber called prepreg A resin-impregnated sheet formed into a sheet shape without using it is used.
For example, a prepreg in which a portion corresponding to a micro device is cut out in advance is pasted and molded, and the prepreg enters a gap between the first substrate and a protective member such as a micro device and a cap to obtain a more airtight structure. Here, the thickness of the prepreg is desirably slightly thicker than the thickness of the microdevice, for example, about 300 to 400 μm.
Since the cavity that protects the functional surface of the microdevice is double-protected by the protective member and the resin layer as described above, the hermetic sealing ability of the functional surface can be enhanced.
次に、図3(b)に示すように、樹脂層27bとマイクロデバイス21のデバイス基板22を上面から研磨して、樹脂層27bとデバイス基板22を薄膜化する。
例えば、デバイス基板22の板厚とバンプ26の高さの和が200μm以下となるように研磨することが好ましく、さらには100μm以下にすることが好ましい。
Next, as illustrated in FIG. 3B, the
For example, polishing is preferably performed so that the sum of the thickness of the
次に、図4(a)に示すように、例えば、樹脂などからなる絶縁層29の両面に銅などからなる配線層(30,31)が形成されており、さらに配線層間を接続する垂直配線32が形成されており、配線層(30,31)及び垂直配線32などからなる第2配線が形成された構成の第2基板28を樹脂層27bとデバイス基板22の側から積層させる。
ここで、上記の第2配線の一部として、配線層30上に銅などからなるポスト(突起配線)33が突出して形成されている。
Next, as shown in FIG. 4A, for example, wiring layers (30, 31) made of copper or the like are formed on both surfaces of an insulating
Here, as part of the second wiring, a post (projection wiring) 33 made of copper or the like is formed on the
上記のように第2基板を積層した結果、図4(b)に示すように、ポスト33が未硬化の樹脂層27bを貫通して第1基板10の第1配線に接続するようにして、積層する。
第2基板28を積層した後に未硬化の樹脂層27bの硬化処理を行い、図1に示すように、硬化した樹脂層27とする。
上記のように予め銅などのポストを形成した第2基板を積層することにより、基板成形と一括で第1配線と第2配線を接続する配線(ビア)形成をすることが可能になる。このように、銅などのポストを基材に貫通させて電気的に接続させることは、層間厚みである樹脂層27を薄くすることで可能になったものである。
As a result of laminating the second substrate as described above, as shown in FIG. 4B, the
After the
By laminating the second substrate on which posts such as copper are previously formed as described above, it is possible to form a wiring (via) for connecting the first wiring and the second wiring together with the substrate molding. As described above, it is possible to make the
本実施形態のマイクロデバイス内蔵基板の製造方法は、樹脂層とマイクロデバイスのデバイス基板を上面から研磨して樹脂層とデバイス基板を薄膜化することにより、MEMS、SAW素子あるいはF−BARなどの機能面に振動子または可動部を持つ機能素子を有するマイクロデバイスが組み込まれてなるマイクロデバイス内蔵基板を、小型化や薄型化して製造することができる。 The manufacturing method of the substrate with a built-in microdevice according to the present embodiment has a function such as MEMS, SAW element or F-BAR by polishing the resin layer and the device substrate of the microdevice from the upper surface to reduce the thickness of the resin layer and the device substrate. A microdevice-embedded substrate in which a microdevice having a functional element having a vibrator or a movable portion on the surface is incorporated can be manufactured in a reduced size or a reduced thickness.
本実施形態においては、第1基板と第2基板を接続する配線となるポストの設計の自由度が高まり、ポストは0.1mm以下の径で形成でき、同サイズの基板で実装面積を広くとることが可能になり、製品の小型化が実現できる。 In this embodiment, the degree of freedom in designing the post that becomes the wiring connecting the first substrate and the second substrate is increased, the post can be formed with a diameter of 0.1 mm or less, and the mounting area can be widened with the substrate of the same size. This makes it possible to reduce the size of the product.
また、マイクロデバイスの基板内蔵化、基板の薄型化、基板間の配線となるポストの小径化等により、マイクロデバイス内蔵基板の小型化及び薄型化を実現できる。
また、基板の積層成形工程と一括で封止や基板間の配線形成を行うことができ、工程短縮も実現できる。
In addition, the microdevice-embedded substrate can be made smaller and thinner by incorporating the microdevice into the substrate, thinning the substrate, and reducing the diameter of the post serving as the wiring between the substrates.
Moreover, sealing and wiring formation between the substrates can be performed at the same time as the substrate lamination molding process, and the process can be shortened.
本実施形態において、1個のマイクロデバイス内蔵基板を製造する方法について図示して説明しているが、複数の同一ピースを面付けした集合体(基板)からなるワ−クをハンドリングして一括製造することが可能である。この場合には、第1基板、マイクロデバイス、樹脂層及び第2基板を積層した後、金型成形やダイシングなどで個々のモジュールに分割し、場合によっては、このワークのまま、はんだ付け等で表面実装部品を搭載してから、分割してもよい。 In the present embodiment, a method of manufacturing one microdevice-embedded substrate is illustrated and described. However, a workpiece made of an assembly (substrate) on which a plurality of identical pieces are arranged is handled and collectively manufactured. Is possible. In this case, after laminating the first substrate, the micro device, the resin layer and the second substrate, it is divided into individual modules by die molding or dicing, etc. After mounting the surface mount component, it may be divided.
第2実施形態
図5は本実施形態に係るマイクロデバイス内蔵基板の断面図である。
図1に示す第1実施形態と同様であるが、第1基板10の第1配線と第2基板28の第2配線を接続するように第2基板28の第2配線の一部としてポスト(突起配線)が形成されている代わりに、第2基板28と樹脂層27を貫通する開口孔Vが形成されており、開口孔Vの内部に導電体が埋め込まれて、第1配線と第2配線を接続するプラグ34が形成されていることが異なる。
上記の他は、実質的に第1実施形態のマイクロデバイス内蔵基板と同様である。
Second Embodiment FIG. 5 is a cross-sectional view of a microdevice-embedded substrate according to this embodiment.
As in the first embodiment shown in FIG. 1, a post (as a part of the second wiring of the
Other than the above, it is substantially the same as the substrate with a built-in microdevice of the first embodiment.
次に、本実施形態に係るマイクロデバイス内蔵基板の製造方法について説明する。
図6(a)〜図7(b)は本実施形態に係るマイクロデバイス内蔵基板の製造方法を説明する断面図である。
Next, a method for manufacturing a microdevice-embedded substrate according to the present embodiment will be described.
6A to 7B are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a microdevice-embedded substrate according to this embodiment.
まず、第1実施形態と同様にして、第1基板10上にマイクロデバイス21をフリップチップでマウントし、その外周において第1基板10上に未硬化の樹脂層27bを形成する。
First, in the same manner as in the first embodiment, the
次に、図6(a)に示すように、未硬化の樹脂層27bの硬化処理を行い、硬化した樹脂層27とする。
Next, as shown in FIG. 6A, the
次に、図6(b)に示すように、硬化した樹脂層27とマイクロデバイス21のデバイス基板22を上面から研磨して、樹脂層27とデバイス基板22を薄膜化する。
例えば、デバイス基板22の板厚とバンプ26の高さの和が200μm以下となるように研磨することが好ましく、さらには100μm以下にすることが好ましい。
Next, as shown in FIG. 6B, the cured
For example, polishing is preferably performed so that the sum of the thickness of the
次に、図7(a)に示すように、例えば、樹脂などからなる絶縁層29の両面に銅などからなる配線層(30,31)が形成されており、さらに配線層間を接続する垂直配線32が形成されており、配線層(30,31)及び垂直配線32などからなる第2配線が形成された構成の第2基板28を樹脂層27とデバイス基板22の側から積層させる。
Next, as shown in FIG. 7A, for example, wiring layers (30, 31) made of copper or the like are formed on both surfaces of an insulating
次に、図7(b)に示すように、フォトリソグラフィー工程によるレジスト膜のパターン形成及び異方性エッチングなどのエッチング処理を施し、第1基板と第2基板を接続させる位置において第2基板28及び樹脂層27を貫通する開口孔Vを形成する。ここで、第1基板の配線層17の表面でエッチングを停止させるように、配線層17の表面にエッチングストッパを形成しておくこくことができる。
さらに、開口孔Vを導電体で埋め込んで、第2基板28の第2配線の一部として第1基板10の第1配線に接続するプラグ配線を形成し、図5に示す構成とする。
上記の開口孔の形成によるプラグ配線形成においては、層間厚みである樹脂層27を薄くすることで、径の小さい開口孔で接続することが可能になったものである。
Next, as shown in FIG. 7B, etching processing such as resist film pattern formation and anisotropic etching by a photolithography process is performed, and the
Further, the opening V is filled with a conductor, and a plug wiring connected to the first wiring of the
In the formation of the plug wiring by forming the above opening holes, the
本実施形態のマイクロデバイス内蔵基板の製造方法は、樹脂層とマイクロデバイスのデバイス基板を上面から研磨して樹脂層とデバイス基板を薄膜化することにより、MEMS、SAW素子あるいはF−BARなどの機能面に振動子または可動部を持つ機能素子を有するマイクロデバイスが組み込まれてなるマイクロデバイス内蔵基板を、小型化や薄型化して製造することができる。 The manufacturing method of the substrate with a built-in microdevice according to the present embodiment has a function such as MEMS, SAW element or F-BAR by polishing the resin layer and the device substrate of the microdevice from the upper surface to reduce the thickness of the resin layer and the device substrate. A microdevice-embedded substrate in which a microdevice having a functional element having a vibrator or a movable portion on the surface is incorporated can be manufactured in a reduced size or a reduced thickness.
第3実施形態
上記の実施形態では、図面上、機能面に振動子または可動部を持つ機能素子を有するマイクロデバイスとしてMEMSについて示しているが、これに限らず、例えば図8に示す構造のF−BARや、SAW素子などを備えたマイクロデバイスを内蔵するようにしてもよい。
図8は、F−BARの一例の構成を示す模式断面図である。
例えば、デバイス基板40に、所定の共振領域を構成する空隙41を介して、下部電極42、圧電膜43および上部電極44の積層体からなる弾性共振膜が形成されている。
下部電極42および上部電極44は、例えばAl、Pt、Au、Cu、W、Mo、Tiなどの導電性材料からなり、例えば0.1〜0.5μmの膜厚で形成されている。
また、圧電膜43は窒化アルミニウムや酸化亜鉛などの圧電材料からなり、c軸に高配向した緻密な膜となっており、優れた圧電特性と弾性特性を備えた圧電膜であり、例えば1.5μm以下の膜厚で形成されている。
空隙41は、下部電極42の端部に屈曲して形成された足部により支えられており、空隙41の高さは例えば数μm程度である。
下部電極42、上部電極44および圧電膜43の膜厚や空隙41の高さなどは、共振周波数に合わせて適宜調整することができる。
Third Embodiment In the above embodiment, MEMS is shown as a micro device having a functional element having a vibrator or a movable part on the functional surface in the drawing. However, the present invention is not limited to this, and for example, F having a structure shown in FIG. -You may make it incorporate the microdevice provided with BAR, a SAW element, etc.
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view illustrating an exemplary configuration of the F-BAR.
For example, the
The
The
The
The film thickness of the
本発明によれば、デバイスを基板に内蔵した層を薄くすることにより、ポスト(突起配線)による貫通接続が可能になり、工程短縮によるコストダウンが可能で、第1配線と第2配線を接続する配線(ビア)をランダムに設計可能になって基板設計自由度が高まる。
基板を研磨して薄くすることにより、マイクロデバイス内蔵基板そのものの厚みも薄くでき、マイクロデバイス内蔵基板を用いた製品の薄型化を実現することができる。
マイクロデバイスの基板内蔵化、および、基板間の配線の小径化により、実装面積を増やすことが可能になり、マイクロデバイス内蔵基板を用いた製品の小型化を実現することができる。
基板の積層と同時に、デバイスの中空パッケージを行うことにより、工程の短縮、コストダウンが実現できる。
According to the present invention, by making the layer in which the device is built in the substrate thin, through connection by a post (projection wiring) is possible, cost can be reduced by shortening the process, and the first wiring and the second wiring are connected. The wiring (via) to be performed can be designed at random, and the degree of freedom in board design is increased.
By polishing and thinning the substrate, the thickness of the microdevice built-in substrate itself can be reduced, and a product using the microdevice built-in substrate can be thinned.
By incorporating the microdevice into the substrate and reducing the diameter of the wiring between the substrates, the mounting area can be increased, and the product using the microdevice-embedded substrate can be downsized.
By carrying out the hollow package of the device simultaneously with the lamination of the substrates, the process can be shortened and the cost can be reduced.
本発明は上記の実施形態に限定されない。
例えば、MEMSの他、SAW素子やF−BARなどの機能素子を有するマイクロデバイスを内蔵した半導体装置とすることも可能である。
樹脂層や配線を積層させる層数は実施形態に限らず、何層であってもよい。
基板内には、静電容量素子やインダクタンス、電気抵抗素子などの受像素子を適宜組み込むことが可能である。さらに、トランジスタなどの能動素子が形成された半導体チップを適宜組み込むことが可能である。
その他、本発明の観点を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
The present invention is not limited to the above embodiment.
For example, a semiconductor device including a micro device having a functional element such as a SAW element or F-BAR in addition to the MEMS can be used.
The number of layers in which the resin layer and the wiring are laminated is not limited to the embodiment, and may be any number.
An image receiving element such as a capacitance element, an inductance, or an electric resistance element can be appropriately incorporated in the substrate. Further, a semiconductor chip on which an active element such as a transistor is formed can be appropriately incorporated.
In addition, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
本発明のマイクロデバイス内蔵基板は、MEMS、SAW素子あるいはF−BARなどの機能面に可動部または振動子を持つマイクロデバイスを内蔵するマイクロデバイス内蔵基板に適用できる。
本発明のマイクロデバイス内蔵基板の製造方法は、MEMS、SAW素子あるいはF−BARなどの機能面に可動部または振動子を持つマイクロデバイスを内蔵する基板を製造する方法に適用できる。
The substrate with a built-in micro device of the present invention can be applied to a substrate with a built-in micro device in which a micro device having a movable part or a vibrator on a functional surface such as a MEMS, SAW element, or F-BAR is built.
The method for manufacturing a substrate with a built-in microdevice of the present invention can be applied to a method for manufacturing a substrate with a built-in microdevice having a movable part or a vibrator on a functional surface such as a MEMS, SAW element, or F-BAR.
10…第1基板、11〜13…絶縁層、14〜17…配線層、18〜20…垂直配線、21…マイクロデバイス、22…デバイス基板、23…機能面、24…キャップ、25…接着層、26…バンプ、27…樹脂層、28…第2基板、29…絶縁層、30,31…配線層、32…垂直配線、33…ポスト(突起配線)、34…プラグ、40…デバイス基板、41…空隙、42…下部電極、43…圧電膜、44…上部電極、C…キャビティ、R…凹部、V…開口孔
DESCRIPTION OF
Claims (10)
機能面に可動部または振動子が形成された機能素子を有するデバイス基板と、前記機能面に設けられて前記機能面を保護するキャビティを構成する保護部材と、前記機能面側に形成された突起電極とを有し、前記突起電極が前記第1配線に接続し、かつ前記保護部材が前記第1基板に接しないように前記第1基板上にマウントされたマイクロデバイスと、
前記マイクロデバイスの外周面を覆い、前記第1基板と前記マイクロデバイスの間隙を埋め込み、表面が前記マイクロデバイスの前記デバイス基板の上面と同じ高さとなるように前記第1基板上に形成された樹脂層と、
第2配線を有し、前記樹脂層及び前記マイクロデバイス上に積層された第2基板と
を有するマイクロデバイス内蔵基板。 A first substrate having a first wiring;
A device substrate having a functional element in which a movable part or a vibrator is formed on a functional surface, a protective member that is provided on the functional surface and forms a cavity that protects the functional surface, and a protrusion formed on the functional surface side A micro device mounted on the first substrate so that the protruding electrode is connected to the first wiring and the protective member is not in contact with the first substrate;
A resin formed on the first substrate so as to cover an outer peripheral surface of the microdevice, fill a gap between the first substrate and the microdevice, and have a surface flush with the upper surface of the device substrate of the microdevice. Layers,
A microdevice-embedded substrate having a second wiring and having a second substrate laminated on the resin layer and the microdevice.
前記第1基板に凹部が形成されており、
前記保護部材が前記凹部に嵌入するように前記マイクロデバイスが前記第1基板上にマウントされており、
前記樹脂層が前記凹部内の前記第1基板と前記マイクロデバイスの間隙を埋め込んで形成されている
請求項1に記載のマイクロデバイス内蔵基板。 The protective member is provided on the device substrate so as to protrude from the protruding electrode,
A recess is formed in the first substrate;
The microdevice is mounted on the first substrate so that the protective member fits into the recess;
The microdevice-embedded substrate according to claim 1, wherein the resin layer is formed by filling a gap between the first substrate and the microdevice in the recess.
請求項1に記載のマイクロデバイス内蔵基板。 The microdevice-embedded substrate according to claim 1, wherein a sum of a thickness of the device substrate and a height of the protruding electrode is 200 μm or less.
請求項1に記載のマイクロデバイス内蔵基板。 The microdevice-embedded substrate according to claim 1, wherein a part of the second wiring penetrates the resin layer and is connected to the first wiring.
請求項4に記載のマイクロデバイス内蔵基板。 The microdevice-embedded substrate according to claim 4, wherein a part of the second wiring is formed so as to penetrate the second substrate and the resin layer.
前記マイクロデバイスの外周面を覆い、前記第1基板と前記マイクロデバイスの間隙を埋め込んで、前記第1基板上に樹脂層を形成する工程と、
前記樹脂層と前記マイクロデバイスの前記デバイス基板を上面から研磨して前記樹脂層と前記デバイス基板を薄膜化する工程と、
第2配線を有する第2基板を前記樹脂層及び前記マイクロデバイス上に積層する工程と
を有するマイクロデバイス内蔵基板の製造方法。 A protective substrate that forms a device substrate having a functional element having a movable portion or a vibrator formed on a functional surface on a first substrate having a first wiring, and a cavity provided on the functional surface to protect the functional surface Mounting a micro device having a protruding electrode formed on the functional surface side so that the protruding electrode is connected to the first wiring and the protective member is not in contact with the first substrate; ,
Covering a peripheral surface of the microdevice, filling a gap between the first substrate and the microdevice, and forming a resin layer on the first substrate;
Polishing the resin layer and the device substrate of the microdevice from above to thin the resin layer and the device substrate;
And a step of laminating a second substrate having a second wiring on the resin layer and the microdevice.
前記第1基板として凹部が形成された基板を用い、
前記マイクロデバイスを前記第1基板上にマウントする工程においては、前記保護部材が前記凹部に嵌入するようにマウントし、
前記樹脂層を形成する工程においては、前記凹部内の前記第1基板と前記マイクロデバイスの間隙を埋め込んで形成する
請求項6に記載のマイクロデバイス内蔵基板の製造方法。 Using the microdevice provided with the protective member protruding from the protruding electrode on the device substrate as the microdevice,
Using a substrate having a recess formed as the first substrate,
In the step of mounting the microdevice on the first substrate, the protection member is mounted so as to fit into the recess,
The method for manufacturing a microdevice-embedded substrate according to claim 6, wherein in the step of forming the resin layer, a gap is formed between the first substrate and the microdevice in the recess.
請求項6に記載のマイクロデバイス内蔵基板の製造方法。 7. The microdevice-embedded substrate according to claim 6, wherein in the step of thinning the resin layer and the device substrate, polishing is performed so that a sum of a thickness of the device substrate and a height of the protruding electrode is 200 μm or less. Production method.
前記樹脂層を形成する工程において、未硬化の樹脂層を形成し、
前記第2基板を積層する工程において前記突起配線が前記樹脂層を貫通して前記第1配線に接続するように積層し、
前記第2基板を積層する工程の後に、前記樹脂層を硬化させる工程をさらに有する
請求項6に記載のマイクロデバイス内蔵基板の製造方法。 Using a second substrate on which a protruding wiring having a height corresponding to the thickness of the resin layer is formed as a part of the second wiring,
In the step of forming the resin layer, an uncured resin layer is formed,
In the step of laminating the second substrate, the protruding wiring is laminated so as to penetrate the resin layer and connect to the first wiring,
The method for manufacturing a microdevice-embedded substrate according to claim 6, further comprising a step of curing the resin layer after the step of laminating the second substrate.
前記第2基板を積層する工程の後に、前記第2基板及び前記樹脂層を貫通する開口孔を形成する工程と、前記開口孔を導電体で埋め込んで前記第2配線の一部として前記第1配線に接続する配線を形成する工程とをさらに有する
請求項6に記載のマイクロデバイス内蔵基板の製造方法。
Further comprising the step of curing the resin layer between the step of forming the resin layer and the step of thinning the resin layer and the device substrate;
After the step of laminating the second substrate, a step of forming an opening through the second substrate and the resin layer, and filling the opening with a conductor to form part of the second wiring The method for manufacturing a microdevice-embedded substrate according to claim 6, further comprising: forming a wiring connected to the wiring.
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